[发明专利]具有载子提供层的多重量子井氮化物发光二极管

说明书

发明技术领域

本发明是关于氮化物多重量子井发光二极管，特别是关于一种具有载子提供层的氮化物多重量子井发光二极管，借以提供额外的载子，以及避免/降低发光层内杂质的使用。

背景技术

为了提高氮化镓(GaN)系发光二极管(LED)的亮度，美国专利No.5,578,839揭示了一种发光层(或称主动层)掺杂有n型杂质(例如Si)和/或p型杂质(例如Mg或Zn等)的In_xGa_1-xN(0＜x＜1)化合物半导体所制成的LED结构。此LED结构的发光层，是夹在n型GaN系化合物半导体制成的第一包覆层(clad layer)与p型GaN系化合物半导体制成的第二包覆层中间。该LED结构在亮度上的提升，是由于上述发光层内所掺杂的杂质提高了载子(亦即，电子和电洞)的密度，因此有更多载子参与重新结合(recombination)所致。

相比之下，使用多重量子井(multi quantum-well，MQW)技术的高亮度LED，通常在其发光层内是采未加掺杂的井层(well layer)。一般MQW LED的发光层是包含有多重井层，井层的厚度是小于半导体材料中载子的德布洛依(deBroglie)波长，致使电子和电洞被局限在井层内，而可达成更佳的重新结合效率。井层通常是未加掺杂，因为井层内的杂质会导致非辐射性(non-radiative)的重新结合，进而造成发光效率的降低和过多热量的产生。另一方面，在2002年五月电机工程师协会量子电子学期刊(IEEE Journal of Quantum Electronics)第38册第5期里，Wu等人在Influence of Si doping on the Characteristics of InGaN-GaN MultipleQuantum-Well Blue Light Emitting Diode(Si搀杂对InGaN-GaN多重量子井发光二极管之特性方面的影响)一文中建议，InGaN-GaN MQW LED的发光强度和操作电压，可借由在MQW发光层的GaN位障层(barrierlayer)内加入Si搀杂，而得到显著的改善。然而，位障层内的杂质密度应维持在适当的位准下，否则该LED之结晶(crystalline)便会受到影响。

换言之，在LED之发光层搀杂杂质，确实有助于提高载子重新结合效率，但此种改善是要付出代价。

发明内容

因此，本发明的主要目的，是提供一种氮化物MQW LED结构，借以免除现有技术的缺点。

本发明的一项主要特征，是在所提出的LED结构内，于未掺杂的MQW发光层的一侧提供载子提供层(carrier supply layer)。此载子提供层是包含有多重且彼此交替重迭的井层和位障层，这些井层和位障层各具有5～300的厚度，而使载子提供层总厚度为1～500nm。井层和位障层两者均是由掺杂有Si或Ge的Al_pIn_qGa_1-p-qN(p，q≥0，0≤p+q≤1)化合物半导体所制成，但是具有不同的组成，且位障层需具有高于井层的能带隙(bandgap)。另外，载子提供层的电子浓度为1×10¹⁷～5×10²¹/cm³。

载子提供层的设置具有多项优点。首先，额外的电子会被提供进MQW发光层内以与电洞重新结合，而使本发明的LED结构达成较高的内部量子效率(internal quantum efficiency)与较高亮度。此外，由于电子的移动性(mobility)是大于电洞，载子提供层的设置可使电子减速，以致电子有较高的机会与电洞重新结合，因而可达成较高的重新结合效率。再者，搀杂进载子提供层内的Si或Ge可在不掺杂发光层的情形下有效地使本发明的LED结构的操作电压降低，而又可以使发光层有更好的结晶。

本发明的另一特征，是在载子提供层与发光层中间的设置电洞阻隔层(hole blocking layer)。此电洞阻隔层是由未掺杂或有Si掺杂的GaN系材料制成，其具有大于发光层的能带隙以避免电洞逃逸进载子提供层内、并在该处与电子重新结合。电洞阻隔层具有的厚度。